Введение к работе
Актуальность темы. Среди применяющихся в промышленности пленочных контактных аппаратов, предназначенных для проведения различных тепло- и массообменных процессов, в последнее время постепенно возрастает доля аппаратов, обладающих широким диапазоном устойчивой работы, малым гидравлическим сопротивлением и развитой поверхностью контакта, благодаря наличию большой линии слива жидкости. Среди таких аппаратов высокую эффективность имеют аппараты каскадного типа, которые сочетают в себе преимущества пленочных и барботажных аппаратов и обладают простотой конструкции. Для создания поверхности контакта в данных аппаратах используется регулярная насадка, состоящая из параллельных наклонных пластин, спускающихся каскадами по высоте аппарата.
Таким образом, с одной стороны в этих аппаратах процессы тепло- и массообмена проходят в тонких слоях (пленках) жидкости, что, как известно, является одним из наиболее эффективных методов интенсификации процессов тепло- и массообмена, а с другой стороны при определенных скоростях газа (пара) пленочная структура поверхности контакта нарушается и поверхность становится капельно-струйной, напоминающей барботируемый газом (паром) слой жидкости. Однако существующие методы не позволяют достаточно надежно проводить расчеты аппаратов данного класса. В связи с этим разработка методов инженерного расчета тепломассооб-менных аппаратов каскадного типа представляется актуальной.
При проектном расчете, представляющем наибольший интерес, определению подлежит эффективная поверхность контакта, которая в аппаратах каскадного типа определяется числом ступеней контакта в каскаде, каскадов в секции и секций в аппарате.
Цель работы. Исследование процесса тепломассообмена (испарительного охлаждения жидкости) в контактных аппаратах каскадного типа. Разработка методики расчета данных аппаратов и получение зависимости коэффициентов теплопередачи от параметров процесса.
Научная новизна. Предложена декомпозиция задачи расчета аппаратов каскадного типа на подзадачи в зависимости от сложности конструктивного оформления и принципа действия данных аппаратов.
Разработана методика расчета аппаратов каскадного типа, базирующаяся на поуровневом расчете движущей силы процесса тепломассообмена.
Определены значения локальных и интегральных коэффициентов теплопередачи вдоль поверхности контакта и предложено уточненное критериальное уравнение, учитывающее зависимость коэффициентов от разности температур контактирующих фаз.
Получены экспериментальные данные по процессу испарительного охлаждения воды и гидродинамике аппаратов каскадного типа.
Практическая денность. Предложена классификация тепломас-сообменных аппаратов по возрастанию сложности способа взаимодействия между жидкостью и газом (паром), на базе которой разработан поуровневый метод расчета, позволяющий проектировать более эффективные конструкции контактных аппаратов и устройств и максимально использовать движущую силу процесса тепломассообмена для каждого рассматриваемого уровня сложности.
Разработаны математические модели процесса испарительного охлаждения жидкости для каждого уровня сложности в соответствии с предложенной структурой аппаратов каскадного типа и получены математические зависимости для проектного расчета данных аппаратов.
Разработаны алгоритм расчета и программа для персональной ЭВМ (ПЭВМ).
Подготовлена заявка на получение патента на разработанную конструкцию.
Апробация работы. Основные положения и результаты работы были доложены и обсуждены на международном молодежном симпозиуме «Техника и технология экологически чистых химических производств» (Москва, 1996), 47-й научно-технической конференции МГАХМ (Москва, 1997).
Публикации. По теме диссертации опубликовано семь работ.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, выводов, списка литературы из 140 наименований и приложений, имеет 35 рисунков и 6 таблиц. Общий объем составляет 145 страниц.